射频宽带放大器正式论文

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1、射频宽带放大器（D题）摘要本作品选用低噪声放大电路，滤波电路，压控增益放大电路，功率放大电路等电路模块来完成放大器的各项指标。低噪声放大电路用于放大输入的微弱信号同时减少等效输入噪声。滤波电路分为截止频率不大于300KHz的高通滤波电路和截止频率不小于100MHz的低通滤波电路，保证输入信号的带宽至少在0.3MHz～100MHz范围内。压控增益放大电路选用VCA821可控增益放大器为主控芯片，通过程控电压来调节电路的放大倍数。在后级增加功率放大电路或者跟随器，增强电路带负载能力，继而使得输出阻抗满足要求。整体电路要求在0.3MH

2、z～100MHz频带内，电压增益不小于60dB，输出信号波形无明显失真。经测试电路，放大器的基础部分可达到指标，误差均在可控范围内。通过小信号继电器选择通道实现不同的放大倍数，最终电压增益能达到60dB，且能实现在0～60dB范围内可调。关键词：低噪声放大；滤波；程控放大；VCA8211方案设计与论证1.1总体方案描述射频宽带放大器要求输入信号的电压有效值Ui不大于1mV，属于极微弱信号，因此在电路中检测时需要对信号进行低噪声放大。由于题目要求放大器的带宽在0.3MHz～100MHz，滤波电路是整体电路中不可缺少的一部分。电压增

3、益可调采用压控增益放大器，通过MSP430F149单片机控制电压变化，根据VCA821压控增益放大器的放大倍数（dB）与控制电压呈线性变化这一特性，在外部设定不同的参考电压同时配合各级放大电路可以实现0～60dB范围内可调电压增益。由题目可知，其主旨是在设定好的频带范围内改变输入信号的频率，设计出在不同频率下，电压增益不小于60dB的放大电路，在放大电路的基础上继续扩展功能。方案一：对输入的小信号先滤波后进行放大，在后级的放大电路中可能会掺入杂波，影响输出结果。方案二：对输入信号先进行低噪声放大后滤波，然后把单端信号转为差分信号

4、，用于抑制共模噪声，再经过压控可调放大，最后用继电器选择不同的放大。经论证，为了使得整体电路的误差降到最小，选择方案二。系统框图如图1-1所示。图1-1系统框图1.2放大电路本题要求输入信号有效值Ui≤1mV，属于极微弱信号，为便于后级电路的检测同时减小等效输入噪声，需对输入信号进行低噪声放大。方案一：采用分立元件（如三极管）进行放大电路的设计，此方案元器件成本低，但是在实际电路中，焊接比较复杂，测试也复杂，不便于整体电路检测，但是这是放大电路的基础，在设计比较简单的放大电路是可以考虑此方案的。方案二：采用低功耗、电压反馈型集成

5、运算放大器THS40219为放大电路的主控芯片用来放大输入端口的极微弱信号，THS4021芯片的最大带宽可达到350MHz，完全可以满足题目100MHz的带宽要求，而且使用集成芯片设计放大电路比较简单，遇到问题后方便检查，并且可以减小电路的误差。经论证，为便于后级电路的测试，选用集成芯片THS4021来设计低噪声放大电路，即选择方案二。1.3滤波电路放大器要求输入信号的频率至少在0.3MHz～100MHz范围内，即放大电路的带宽下限截止频率fl≤0.3MHz，上限截止频率fh≥100MHz，需要设计截止频率为300KHz的高通滤

6、波电路和截止频率为100MHz的低通滤波电路。在本电路中，设计低通滤波电路保证带宽至少在100MHz内。方案一：设计有源滤波器。有源滤波电路由无源元件和有源器件构成，其优点是在通频带内信号不仅能量损耗少，还可以放大信号，负载效应不明显，多级级联时相互影响较小，并且滤波器体积小，不需要磁屏蔽；缺点是通带范围受有源器件的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不好，在高频、高压、大功率的场合不适用。然而，题目明确要求输入信号为高频信号，故此方案不可用。方案二：设计无源滤波器。无源滤波电路仅由无源器件（R、L、C）组成，这类滤波器的优点在于

7、不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时，滤波器的体积和重量都比较大，不适合在低频域使用，在高频域使用比较合理。题目是射频宽带放大器，即输入信号为高频信号，相比较与方案一，方案二适合本作品的电路设计，故选择方案二。1.4压控增益放大电路压控增益放大电路通过程控电压来调节电压增益，在选取主控芯片的过程中既要使电路中电压增益在0～60dB范围内可调，又要使运算放大器的增益可调带宽不小于题目限定的带宽。方案一：选取VCA810为主控芯片设计压控增益放大

8、电路，通过VCA810能够实现电压增益0～60dB范围内的变化，但是该芯片的压控增益功能在输入信号为35MHz内可以实现，若输入信号频率超出这一带宽，增益可调功能将不能实现，而题目要求的带宽在0.3～100MHz内，因此以VCA810为主控芯片的压控增益放大电路